Одномодовая и многомодовая генерация

Одномодовая и многомодовая генерация [c.254]

Рис. 2.1. Профиль линии усиления /((v) и частотный спектр излучения лазера в многомодовом (а) ч одномодовом (б) режимах генерации

Мощность непрерывной генерации современных лазеров на ИАГ достигает 400 Вт. Важным с точки зрения практического применения является и более высокий КПД лазеров на ИАГ. В условиях непрерывного возбуждения с помощью криптоновых ламп накачки его значение достигает 2...3%. Расходимость лазеров в непрерывном многомодовом режиме генерации составляет 5 мрад, в одномодовом 1 мрад. Пригодность данного лазера для термической технологии весьма высока. Например, для непрерывного лазера с мощностью излу- [c.180]

Проведенное до сих пор рассмотрение применимо только в случае одномодовой генерации, и здесь, как оказалось, экспериментальные данные находятся в хорошем согласии с представленными выше результатами теории. В действительности же одномодовый режим генерации не всегда просто реализовать, в частности когда ширина линии лазерного перехода значительно больше межмодового расстояния (что имеет место, например, в твердотельных и жидкостных лазерах). Теоретическое рассмотрение многомодового режима генерации оказывается намного сложнее. В этом случае недостаточно просто определить [c.283]

В данном разделе мы будем придерживаться той же линии, что и в предыдущем, т. е. ограничимся в своем анализе рассмотрением лазерных мод, амплитуды которых достаточно малы, и ситуацией, в которой генерация начинается при пороге, введенном ранее. Позднее мы представим методы и результаты, относящиеся к новым типам неустойчивостей. Поскольку лазерные уравнения, которые мы вывели в гл. 5, нелинейны, в общем случае их невозможно решить аналитически. В данной главе мы изложим две приближенные процедуры, которые позволят нам получить некоторое представление о работе многомодового лазера. Будем здесь использовать тот же самый метод, что и при рассмотрении одномодового лазера, и исключим из уравнений атомные переменные, т. е. дипольные [c.151]

Особый интерес представляет выяснение условий, при которых описанный выше механизм еще не нарушает стабильности режима генерации на одной лии1ь низшей поперечной моде устойчивого резонатора, обладающей наиболее благоприятным для многих практических применений распределением поля. Общая качественная картина здесь стала ясной еще в 60-е годы. Однако тогда стремление к ещ н00бразн0му описанию как одно-, так и многомодовой генерации вынуждало либо предполагать, что среда сосредоточена в узких слоях вблизи зеркал [166] (это кардиально упрощает расчеты [207]), либо ограничиться малым диапазоном изменения параметров (чаще всего, как в [98], случаем небольшого превышения порога генерации). Если же заняться исключительно выяснением условий устойчивости одномодового режима, можно обойтись без подобных упрощений. Именно так и поступили мы с С.Г, Аникичевым в [30] (авторы других аналогичных работ использовали менее подходящие формулы для коэффициента усиления при глубоком насыщении). Предварительно пришлось еще раз убедиться в том, что во всем разумном диапазоне варьирования параметров можно пренебречь не только деформациями мод, но и изменениями потерь по сравнению со случаем пустого резонатора. [c.183]

Все эксперименты в работе [55] бьши сделаны с использованием одномодового одночастотного излучения аргонового лазера накачки. В работе [59] сопоставлены результаты по возбуждению генерации одномодовым и многомодовым криптоновым лазером. Без аберратора внутри резонатора при накачке одномодовым пучком угловая расходимость была невелика, но пятно в дальней зоне было заметно асимметричным расходимость пучка в плоскости дисперсии решетки примерно в четыре раза превышала расходимость в перпендикулярном направлении. Направление уширения пучка совпадало с направлением оси с и, по-видимому, было связано с остаточным оптическим разрушением этого кристалла. Попытка убрать эту расходимость установкой углового селектора в резонатор была успешной лишь наполовину расходимость уменьшилась при резком уменьшении интенсивности генерации. [c.158]

При оценках энергетических параметров не были учтены дифракционные потери света в резонаторе, потери на термическом двулучепреломлении активной среды и т. п. Учет этих потерь приведет к меньшим значениям энергетических параметров лазера. Кроме того, мы предполагали, что в генерации участвует весь объем кристалла граната, что достигается лишь при многомодовой генерации. При необходимости получать одномодовую генерацию часть апертуры кристалла диафрагмируется так, что работает лишь центральная, приосевая область кристалла. В этом случае выходная мош.ность лазерного излучения падает пропорционально уменьшению рабочего объема кристалла. Так, например, если нулевая мода лазера имеет диаметр в 2 раза меньший, чем диаметр кристалла, то ее выходная мощность примерно в 4 раза ниже мощности мнотомодо-вой генерации без диафрагмы и составит для принятых выше параметров около 2,5 и 9 Вт для длин волн 1338 и 1064 нм соответственно. [c.67]

Первая попытка исследования полупроводникового GaAlAs-ла-зера с внешним ОВФ-зеркалом представлена в работе [9.57], в которой использовалась кольцевая схема пассивного ОВФ на кристалле BaTiOg (рис. 9.10, б). В эксперименте отмечались снижение порогового значения тока накачки и переход от одномодового к многомодовому режиму генерации, сопутствующие формированию внеш- [c.231]

В режиме многомодовой генерации максимальная энергия излучения лазера есть W = здесь — полное число генерируемых мод или, что то же, разреши.мых элементов изображения на пространственном модуляторе света. Извлекаемая из активного элемента энергия распределяется по большому числу мод, и энергетический режим работы лазера не обладает каки.ми-либо существенными особенностями. Иначе обстоит дело в режиме одномодового сканирования, когда вся извлекаемая из активного эле.мента энергия, пропорциональная площади диафрагмы проходит через одномодовую диафраг.мы ад ф. Малое значение излучаемой энергии приводит к то.му, что сканирующий одномодовый лазер должен работать при весьма малом превышении над порогом, с сильным недоиспользованием запасенной в эле.менте энергии и связанными с этиы повышенными требованиями к стабилизации энергии накачки, пространственной однородности пропускания ПМС и потерь резонатора при сканировании луча во всем поле зрения. [c.192]

В 1960 г. [15]. Однако природа пичков до сих пор продолжает оставаться предметом исследований (см., например, [16—,18]). На основе одномодовой модели лазера можно показать, что регулярные затухающие пульсации связаны с переходными процессами, сопровождающими начало генерации при появлении очередного импульса накачки иначе говоря, эти пульсации связаны с отмечавшейся выше инерционностью процессов заселения и релаксации уровней [1, 2]. Существенное влияние на характер пичкового режима оказывает многомодовость генерации [4, 11, 16— 20] в частности, наличие многих мод может вносить в картину пульсаций неупорядоченность. [c.270]

В идеальном случае излучение должно быть сосредоточено в единственной продольной моде. В некоторых полосковых ДГС-лазерах на GaAs — ALGai ArAs, полученных протонной бомбардировкой, действительно наблюдается одномодовое излучение с выходной мощностью до 3 мВт с одного зеркала. В то же время в других идентичных лазерах наблюдается многомодовая генерация [165]. Отсюда сразу встает вопрос, однородно или неоднородно уширен спектральный профиль усиления. В случае однородного уширения убыль носителей, давших вклад в увеличение стимулированного излучения на одной частоте, компенсируется быстрой термализацией внутри зон. Такая быстрая тер-мализация поддерживает распределения, определяемые квази уровнями Ферми. В случае неоднородного уширения концентрация носителей на длине волны генерации уменьшается и увеличение накачки приводит к возрастанию усиления на других длинах волн, в результате чего возникают другие продольные моды. Таким образом, при однородном уширении нужен другой механизм, ответственный за появление многомодовой генерации. [c.291]

Кроме распределения интенсивности поперечной моды многомодовые лазеры характеризуются распределением поляризации излучения. Для одномодовых пучков поляризация, как правило, одинакова во всем сечении и применительно к лазерам на гранате с неодимом близка, к линейной. Для многомодовых лазеров поляризация пучка, если не принято специальных мер, обычно неоднородна и различна в разных частях пучка. Специальными мерами, обеспечивающими однородность поляризации 1пучка (близость к линейной), являются либо помещение внутрь резонатора различного рода поляризаторов, либо (построение резонатора специальной конфигурации, в которой созданы условия для генерации только одного типа поляризации. [c.73]

Одномодовые по поперечным индексам лазеры способны гене рировать во iB ex основных временных режимах генерации. Много модовые лазеры на практике могут генерировать лишь в двух ос Бовных режимах свободной генерации и модуляции добротности В остальных режимах генерация многомодовых лазеров из-за су щественно неэквидистантности спектра излучения практически не осуществима. [c.73]

В простейшем случае (одинаковая мощность всех мод и синфазная модуляция потерь) в каждой из мод имеются лишь два резонанса основной Qo и (k—1) —кратно вырожденный резонанс на более низкой частоте около Qo/2, где k — полное число продольных мод. В суммарном излучении всех мод остается лишь один высокочастотный резонанс, низкочастотный отсутствует. Этот факт является следствием эффективной противофазности колебаний мощности излучения в модах на низкочастотном резонансе. Складываясь, эти колебания компенсируют друг друга. Такие скомпенсированные колебания мод в низкочастотных резонансах наблюдаются практически во всех случаях модуляции параметров лазеров на гранате с неодимом. Поэтому многомодовые лазеры в суммарном излучении ведут себя практически так же, (как и одномодовые. Наблюдающееся некоторое отличие заключается только в том, что за счет неравенства мощностей излучения различных мод низкочастотные резонансы компенсируются не полностью и проявляются в суммарном излучении, нарушая регулярность пульсаций мощности. Наряду с компенсацией низкочастотных резонансов, при противофазной модуляции потерь в модах наблюдается также компенсация и высокочастотного резонанса, т. е. в суммарном излучении могут пропасть все резонансы. Все эти закономерности в АЧХ. многомодовых лазеров, полученные при теоретическом анализе уравнений генерации лазера, наблюдаются на практике в ваде пульсаций выходного излучения. На рис. 3.8 и 3.9 приведены картины характерных АЧХ многомодовых непрерывных лазеров на гранате с неодимом, полученные расчетным путем и Э1КСпер Иментально. [c.81]

Медленно меняющиеся явления и явления, в которых происходят периодические колебания, изучают с применением лазеров непрерывного действия. Среди них наиболее популярным является Не—Не-лазер, диапазон достижимых мощностей которого лежит в пределах от долей до 100 мВт. В тех случаях, когда для изучения больших объектов требуется более высокая выходная мощность, применяют аргоновый ионный лазер, дающий на одной линии в одномодовом режиме мощность в несколько ватт. В многомодовом режиме аргоновый лазер в видимой области спектра обеспечивает мощность 10 Вт и более. Для исследования повторяющихся явлений можно использовать либо непрерывный лазер с различными обтю-)аторами, либо лазер с генерацией повторяющихся импульсов. Имеются аргоновые лазеры с длительностью импульса порядка 20 мкс, пиковой мощностью 5 Вт и с частотой повторения импульсов до 20 кГц. Для многих экспериментов эти параметры являются удовлетворительными. Интерферометрия больших объектов, движущихся с высокими скоростями, требует применения рубиновых лазеров, работающих в импульсном режиме. Выходная энергия в импульсе типичного голографического рубинового лазера составляет 30 мДж при длительности импульса 20 не. Для увеличения энергии до нескольких джоулей можно использовать каскады усилителей, однако большие лазерные системы на рубине недешевы и сложны в эксплуатации. [c.510]

Средняя мощность выходного излучения является наиболее важным параметром в лазерах, используемых в технологических процессах, таких как резка, сверление и прочие. Многомодовый режим генерации обеспечивает большую мощность генерации по сравнению с одномодовым в силу более эффективного заполнения излучением активной среды, поэтому в мощных твердотельных лазерах технологического назначения используются, как правило, многомодовые резонаторы. Разработка таких резонаторов сопряжена с рядом особенностей, о которых пойдет речь в данном параграфе. [c.247]

Эффективность преобразования энергии возбуждения х растет с ростом мощности накачки п, уменьшением степени неоднородности Р, увеличением скорости миграции д и расширением ширины спектра генерации, Многоштаркова модель из 12 компонент с лоренцевым профилем однородной линии и гауссовым распределением центров выбрана близкой к характеристикам полосы люминесценции стекла ГЛС-22. Заметим также, что характеристики выбранного для примера многомодового режима, когда расстояние между соседними модами близко к ширине одномодового контура, и по числу мод (3) и по их взаимному расположению приближаются к обычно наблюдаемым мгновенным спектрам излучения при свободной генерации [c.97]

Скоростные у равнения жт чисел фотонов и заселенностей атомных уравнений. Эти уравнения позволяют проанализировать следующие вопросы условие лазерной генерации, распределение интенсивности по модам, одномодовый режим работы лазера, многомодовый режим (одновременная генерация и кон-куреиция мод), каскадная генерация, режим модулированной добротности, релаксационные колебания. [c.34]

Тем не менее метод балансных уравнений оказывается весьма полезным при рассмотрении динамики лазеров. Как показывает практика расчетов, такой упрощенный подход позволяет достаточно корректно рассмотреть ряд вопросов, связанных с изменением во времени параметров одномодового лазера и его излучения. В частности, метод балансных уравнений позволяет выявить основные черты динамики процессов в режиме свободной генерации и в режимах генерации гигантских импульсов, включая режимы работы лазера с просветляющимся фильтром. Балансные уравнения используются также при рассмотрении многомодовых лазеров 4, 71, 72]. [c.301]

Как видно из приведенных соотношений и рис. 11.8 для реализации линий передачи со значительным расстоянием между ретрансляторами, необходимо использовать лазеры, генерирующие на одной продольной или поперечной моде. При одномодовых лазерах ограничение дальности связи может происходить за счет скачкообразного изменения длины волны генерируемой моды при изменении тока и температуры или за счет возникновения многомодового спектра генерации при высокоскоростной модуляции [42]. Решением указанной задачи является использование динамически одномодовых лазеров. При отсутствии одномодового лазера для передачи сигналов на большие расстояния с высокой скоростью м но использовать ВС с малой хроматической дисперсией (например, в диапазоне 1,3 1,5 мкм) путем спектрального уплотнения каналов. Из экспериментов над когерентными оптическими системами видно, что можно умень- [c.192]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...